Presented is a concise battery of mouse neonatal motor tests. Using these tests, neonatal motor deficits can be demonstrated in a variety of neonatal motor disorders. By having a standardized set of tests, results from different studies can be compared, allowing for better and accurate reporting between groups.
As the sheer number of transgenic mice strains grow and rodent models of pediatric disease increase, there is an expanding need for a comprehensive, standardized battery of neonatal mouse motor tests. These tests can validate injury or disease models, determine treatment efficacy and/or assess motor behaviors in new transgenic strains. This paper presents a series of neonatal motor tests to evaluate general motor function, including ambulation, hindlimb foot angle, surface righting, negative geotaxis, front- and hindlimb suspension, grasping reflex, four limb grip strength and cliff aversion. Mice between the ages of post-natal day 2 to 14 can be used. In addition, these tests can be used for a wide range of neurological and neuromuscular pathologies, including cerebral palsy, hypoxic-ischemic encephalopathy, traumatic brain injury, spinal cord injury, neurodegenerative diseases, and neuromuscular disorders. These tests can also be used to determine the effects of pharmacological agents, as well as other types of therapeutic interventions. In this paper, motor deficits were evaluated in a novel neonatal mouse model of cerebral palsy that combines hypoxia, ischemia and inflammation. Forty-eight hours after injury, five tests out of the nine showed significant motor deficits: ambulation, hindlimb angle, hindlimb suspension, four limb grip strength, and grasping reflex. These tests revealed weakness in the hindlimbs, as well as fine motor skills such as grasping, which are similar to the motor deficits seen in human cerebral palsy patients.
Utvikling av nye modeller for pediatrisk skade eller sykdom ved hjelp av gnagere er ofte vanskelig på grunn av den fantastiske evnen til både rotter og mus til å raskt gjenopprette fra nevrologiske skader. Derfor, for å validere eventuelle nye pediatrisk sykdomsmodell, grundig undersøke cellulære og molekylære endringer må gå hånd i hånd med atferds utfall. På mange måter kan funksjonell atferds utvinning være viktigere enn underliggende celleforandringer i form av terapeutisk eller translasjonsforskning relevans. Som forskere lære mer om skader i den voksne og nyfødte, er det klart at deres svar er svært forskjellige og kan ikke ekstrapoleres mellom de to. For eksempel, neonatale mus viser forskjellige nivåer av nervevekstfaktor, hjerne-avledet neurotrofisk faktor, neurotrofin-3 og glial cellelinje-avledet neurotrofisk faktor følgende ryggmargsskade 1,2. I tillegg nyfødte har betydelig blod-hjerne-barrieren lekkasje etter hjerneslag 3 demonstrate kortikale nevroner omorganisering etter perifer nerveskade 4, og har en forsinket eller bremset astrogliosis etter ryggmargsskade og hypoksi-iskemi 5,6. Derfor er det viktig at translasjonsforskning pediatrisk forskning bruke utviklingstilsvarende modeller og at disse modellene er vurdert for både mobil / molekylære endringer og alderstilpasset atferdstester.
Cerebral Parese (CP) er en motor lidelse som rammer 3: 1000 levendefødte per år (NIH). Barn med CP oppvise en rekke symptomer og co-sykelig forhold, avhengig av alvorlighetsgraden av sykdommen. Vanskeligheter med bevegelse og koordinasjon er de vanligste tegnene, sammen med forsinkelser i å nå motoriske utviklingsmessige milepæler. Andre tegn er unormal muskeltonus (enten økt eller redusert), redusert finmotorikk, vanskeligheter med å gå, overdreven sikling og svelging og tale forsinkelser (NIH). Den underliggende årsak til CP antas å væremangel på oksygen og / eller blodstrømmen til hjernen under pre- eller peripartum periode, eller inntil ett år etter fødselen. I tillegg er betennelse nå antatt å være en sentral komponent i utviklingen av CP.
Flertallet av CP tilfeller er forbundet med hvit substans skade rundt ventriklene, kjent som periventrikulær leukomalacia (PVL). Dette nevrologiske kjennetegn tyder på at den første fornærmelse fører til CP oppstår i løpet av hjernens utvikling når oligodendrocytes er mest sårbare for fornærmelse. Perioden med rask oligodendrocyte vekst i et menneske, også den perioden da oligodendrocytes er mest utsatt for skader, er mellom 24 – 32 ukers svangerskap. I gnager, er den tilsvarende perioden barsel dager 2 – 7 7, og er når CP blir indusert i denne modellen.
Den neonatale mus modell av CP som ble brukt til å utføre testene som er skissert her kombinerer hypoksi og iskemi med betennelse å skape en injUry at bedre etterligner neurodegenereringen sett i menneskelig CP. Denne modellen løser noen av de store mangler som observeres i andre dyremodeller av CP, som mangler distinkte motoriske mangler som ligner humane pasienter i KF, samt tydelig hvit substans skade. Tidligere studier av en samarbeidspartner ved hjelp av samme modell har vist at tilsetning av betennelse øker hvit substans skade, og dermed bedre emulere PVL sett på barn med CP 8. Bygge på tidligere data, presenterer dette papiret en omfattende batteri av neonatal motoriske tester for å vurdere endringer i motor adferd som dyret aldre.
Ved hjelp av dyremodeller for å undersøke menneskelige sykdommer er bare aktuell dersom det er overlapp mellom de cellulære og molekylære reaksjon mellom menneske og gnager, og at de atferdsmessige prøver som er utført har direkte relevans til humane symptomer. En av de store problemene med pediatriske sykdomsstudier er at mange forskere bruker voksne gnagere å lage modellen, samt voksen gnager atferdsvurdering, uten å vurdere utviklingsforskjeller som kan være viktige for sykdomsprosessen. På grunn av disse problemene, er det viktig at forskning på pediatrisk sykdom bruk ikke bare riktig justerte utviklings tidspunkter (f.eks menneskelig CNS utvikling på 28 – 32 uker tilsvarer en postnatal dag 2-7 dagers gnager) 7, men også atferdstester som vil undersøke passende motor, sensoriske eller refleksive utviklings atferd. Således, ettersom hver ny neonatale sykdomsmodell er utviklet, det skal være grundig testet for å sikre at den cellulæreog atferdsmessige responser vil gi de mest aktuelle oversett data mellom gnagere og menneske.
Cerebral parese er en motor lidelse, noe som vedvarer inn i voksenlivet. Et problem med mange av cerebral parese modeller tilgjengelig i dag er mangelen på repeterbare, standardisert motor testing som kan korrelere med underskudd sett i pediatriske pasienter. I denne nye modellen, som kombinerer hypoksi, ischemi og betennelse i en neonatal mus, ble motor atferd evaluert ved hjelp av et batteri av tester som er spesifikke for neonatale mus. For å redusere den subjektivitet og øke den kvantitative rapportering, har flere tester blitt modifisert til å inkludere meget spesifikk, men lett å vurdere tiltak som kan standardiseres. I tillegg kan front- og bakben evalueringer utføres separat, og venstre / høyre forskjeller kan bestemmes. Dette batteri av tester er spesifikk for neonatale mus inntil to ukers alder.
Dette CP modellen viserproblemer med å gå (ambulation, bakben foten vinkel), samt lem spesifikke svakhet (fire lemmer suspensjon, bakben suspensjon), og underskudd i utviklings reflekser (fatte refleks). Selv om det i denne studien bare en endepunktet ble undersøkt, kan disse mangler spores over tid.
Det er andre batterier av tester som kan brukes på nyfødte, slik som Fox batteri av tester eller Heyser vurdering av utviklingsmessige milepæler 15. Men disse testene sammenligne den nyfødte til voksne, hvis svar kan ikke være det samme fordi det nyfødte barnet er fremdeles under utvikling. Fox batteri og Heyser er Assement tester stole på observasjons subjektiv informasjon med dikotom (ja eller nei) vurdering, heller enn objektive data (vinkel, holdning basert på styrke, etc). På grunn av den subjectiveness av disse testene, har mange forskere tilpasset, lagt til, eller fjernes kriterier, og dermed gjøre sine resultater makeløs til andre og begrenseing nytten av data i form av å etablere en baseline underskudd for en bestemt sykdom eller lidelse. Ved å etablere ett sett med standardiserte motoriske tester som er kvalitativ og spesielt utviklet for å teste nyfødte, kan resultatene fra enkelte forskningsmiljøer være nøyaktig og pålitelig rapportert og sammenlignet.
The authors have nothing to disclose.
We would like to thank everyone at Shriners Hospital Pediatric Research Center, in particular Dr. Mickey Seltzer, of whom without his support, this work would not have been funded. In addition, we would like to thank Isha Srivastava, who contributed to early data collection and Amy He, who helped with the figures. This study was funded by Shriners Hospitals for Children. No funding source played a role in experimental design or decision to submit the paper for publication.
C57BL/6 mice | Charles River Laboratories | STRAIN CODE: 027 | C57BL/6NCrl is the exact strain we use |
Anesthesia Dish, PYREX™ Crystallizing Dish | Corning Life Sciences Glass | 3140125 | Capacity: 25.03 oz. (740mL); Dia. x H: 4.92 x 2.55 in. (125 x 65mm). However, any small round glass container will work. A 2 cup capacity pyrex food storage bowl with flat bottom will also work and is much cheaper (Pyrex model number: 6017399). |
Covered lead ring | Fisher Scientific | S90139C | Lead ring for stablizing flasks in a water bath. It is used inside the anesthesia dish. |
Scalpel Blade #11 | World Precision Instrucments, Inc. | 500240 | |
Small Vessel Cauterizer | Fine Science Tools | 18000-00 | |
Micro Hook | Fine Science Tools | 10064-14 | |
Vetbond Suture Glue | 3M | 1469SB | n-butyl cyanoacrylate adhesive |
Lipopolysaccharide | Sigma Life Science | L4391 | Lipopolysaccaride from e.coli 0111:B4, gamma irradiated |
12×12 inch opaque box | Acrylic Display Manufacturing: A division of Piasa Plastics | C4022 | Colored Acrylic 5-Sided Cube, 3/16" Colored Acrylic, 12"W x 12"D x 12"H; http://www.acrylicdisplaymfg.com/html/cubes_19.html |
Camera/camcorder | JVC | GC-PX100BUS | Any camcorder that works well in low light and can be imported and edited. We use the JVC GC-PX100 Full HD Everio Camcorder. |
Covidien Tendersorb™ Underpads | Kendall Healthcare Products Co | 7174 | |
WypAll L40 | Kimberly-Clark Professional | 5600 | Any surface with moderate grip will do |
Surface at 45 degree incline | We use a cardboard box. | ||
Thin wire from a pipe cleaner | Creatology | M10314420 | Any pipe cleaner from any craft store will work. |
50mL conical tube | Falcon | 352070 | |
Fiberglass Screen Wire | New York Wire www.lowes.com | 14436 | Any supplier can be used as long as their screen is 16×16 or 18×16 |
Razor blade | Fisherbrand | 12-640 | A wooden stick applicator or wooden part of a cotton-tipped swab will also work. |
OPTIX 24-in x 4-ft x 0.22-in Clear Acrylic Sheet to make Clear Acrylic Walkway | PLASKOLITE INC | 1AG2196A | Clear acrylic (1/8" thick) with sides and a top to limit exploration. We bought a sheet of acrylic from a local hardware store and had them cut it to size. (2) 2"x2"; (3) 2"x 18"; (1) 2"x15.5"; (1) 2"x3". Using clear tape, tape all sides together, with the 15.5" piece on top. Tape the 3" piece to the end of the 15.5" piece to create a flap/entryway for the mice. Alternatively, part or all of the walkway can be glued together, and only taping on the top pieces. This design will allow for the walkway to be opened for easy cleaning. |
Protractor | Westscott | ACM14371 |